Веселка: що ми про неї знаємо насправді?

Веселка — оптичне явище в атмосфері, що являє собою одну чи декілька спектральних дуг, що спостерігаються на тлі хмари, яка протилежна Сонцю, на кутовій відстані приблизно 42°, і один з найпрекрасніших шедеврів природи.

Утворення веселки базується на трьох простих фізичних процесах: заломленні, відбитті та розкладанні світла.

Коли сонячний промінь (який для нас виглядає білим) потрапляє з повітря у краплю води, він змінює свій напрямок (заломлюється). Промінь світла складається з багатьох кольорів, які мають різну довжину хвилі. Вода заломлює їх під різними кутами: фіолетовий та синій кольори заломлюються сильніше, а червоний — слабкіше. Завдяки цьому промінь розпадається на окремі кольори.

Світло доходить до задньої стінки краплі води і відбивається від неї, повертаючись назад у повітря. Причому відбувається це багато разів на короткій відстані: кожна крапля створює власний "фрагмент" веселки. 

Простіше кажучи, проходячи крізь дощову стіну, біле світло розпадається на окремі складові різного кольору, які "збираються" разом. Червоний колір має найдовшу довжину хвилі видимого світла, близько 650 нанометрів. Зазвичай він з'являється на зовнішній частині дуги веселки. Фіолетовий колір має найкоротшу довжину хвилі (близько 400 нанометрів) і зазвичай з'являється на внутрішній дузі веселки.

Варто наголосити, що насправді веселка має форму кола, а не півкола. Просто, коли ви спостерігаєте із землі, то половина оптичної ілюзії губиться і закривається поверхнею землі. Якщо ж спостерігати за веселкою з великої висоти, наприклад, з літака, то можна побачити повноцінне коло.

Фото: NPAS South West & Wales Region

Традиційно умовно виділяють сім кольорів веселки в послідовності зменшення довжини світлової хвилі: червоний (<740 нм), помаранчевий, жовтий, зелений, блакитний, синій, фіолетовий (> 380 нм).

Існує декілька видів веселок:

1. Звичайна – з’являється після дощу; 
2. Подвійна - промені, що двічі відбилися від стінок краплі зсередини, утворюють вторинну веселку, радіус якої більший. Порядок кольорів у ній зворотний;Фото: Binyamin Mellish 
3. Перевернута. На відміну від традиційної веселки, перевернута веселка,  з’являється у небосхилі, без дощових хмар. Промені сонця повинні висвітлювати під певним кутом тонку, схожу на серпанок, завісу хмар на висоті 7 – 8 тисяч метрів. На подібній висоті перисті хмари складаються з малесеньких кристалів льоду. І коли опуклі хмари з крижаних кристалів потрапляють під сонячні промені – світло відбивається в атмосферу, а людям вдається побачити барвисте явище. Перевернута веселка набагато яскравіша від звичайної, а кольори розташовані у зворотному порядку – від фіолетового до червоного. Але як тільки порядок з кристалів порушується, барвистий ефект пропадає, і «усмішка на небі» розчиняється;
4. Туманна - вид веселки, що утворюється в краплях туману. Туманну веселку ще називають білою веселкою або туманною дугою. Вона являє собою широку білу дугу, іноді слабо забарвлену по краях. Зовнішня сторона може бути забарвлена у фіолетовий колір, а внутрішня – в помаранчевий. Білий колір веселки пов’язаний з явищем дифракції світла в краплях води. Чим менше радіус крапель, тим сильніше вплив дифракції. Тобто якщо в великих краплях світло розкладається на складові і утворює звичайну веселку, то в дрібних, навпаки, зливається в один і формує туманну веселку;
5. Місячна - утворюється місячними променями. Так само, як і сонячна веселка, місячна веселка з'являється на стороні, протилежній Місяцю, причому нічне світило має бути якомога нижче над горизонтом. Місячна веселка з'являється тільки вночі, коли місяць особливо яскравий;
6. Зимова. Взимку веселка може виникати і без дощу, під час сильного морозу, коли холодне Сонце сяє на блідо-блакитному небі, а повітря наповнене маленькими кришталиками льоду. Сонячні промені заломлюються, проходячи крізь ці кристалики, як крізь призму, і відображаються в холодному небі різнобарвною дугою.
7. Вогняна. Найнезвичайнішою можна вважати вогняну веселку. Це один з найрідкісніших атмосферних феноменів. По науковому вона називається «округло-горизонтальна дуга». Ця веселка з’являється в наслідок проходження світла через легкі, високо розташовані пір’ясті хмари і тільки тоді, коли сонце знаходиться дуже високо в небі – на висоті не менше 6 км і більше, ніж 58 градусів над горизонтом.

Цікаві факти:

• першим хто вивчив і виділив кольори у веселці був великий вчений Ісаак Ньютон. Цікаво, але спочатку він виділив у веселці всього п’ять кольорів. Але потім керуючись гармонією в музиці додав ще два. Насправді веселка складається з мільйонів кольорів, але людина бачить усього лише сім.
• у веселці завжди один і той самий порядок кольорів – червоний, помаранчевий, жовтий, зелений, блакитний, синій, фіолетовий; у другій веселці кольори розташовані навпаки: фіолетовий зверху, червоний знизу;
• веселка не має конкретного місця – вона "рухається" разом із спостерігачем;
• слово "веселка" в різних мовах означають "небесна дуга" або "дорога богів";
• немає двох однакових веселок, як і сніжинок;
• деякі тварини, як-от птахи, бачать у веселці ще більше кольорів, ніж люди;
• вивчаючи веселку, люди створили багато відкриттів у фізиці, оптиці й навіть мистецтві;
• веселка швидко зникає, якщо зникає дощ або сонце – вона "живе" лише кілька хвилин;
• у деяких культурах веселку вважали мостом між землею й небом;
• в окулярах з поляризаційним покриттям веселку не побачити. Це тому, що таке покриття також заломлює світло.

Текст статті підготовлено фахівцями Кіровоградського обласного центру з гідрометеорології